基于HH模型對(duì)動(dòng)作電位的研究

1、精選ppt基于Hodgkin-Huxley模型對(duì)動(dòng)作電位的研究精選ppt目錄 課題背景課題背景 Hodgkin-HuxleyHodgkin-Huxley模型模型的推導(dǎo)的推導(dǎo) Runge-KuttaRunge-Kutta算法求解算法求解 刺激電流與動(dòng)作電位刺激電流與動(dòng)作電位直流直流信號(hào)與脈沖信號(hào)的信號(hào)與脈沖信號(hào)的刺激作用刺激作用刺激刺激電流強(qiáng)度與神經(jīng)元激發(fā)電流強(qiáng)度與神經(jīng)元激發(fā)頻率頻率 通過(guò)細(xì)胞膜的通過(guò)細(xì)胞膜的NaNa+ +離子數(shù)目離子數(shù)目 ATPATP水解能水解能 結(jié)論結(jié)論精選ppt課題背景，而離子是傳遞，而離子是傳遞電信號(hào)的重要媒介，生物電的產(chǎn)生是由于細(xì)胞膜兩側(cè)的離電信號(hào)的重要媒介，生物電的產(chǎn)

2、生是由于細(xì)胞膜兩側(cè)的離子發(fā)生流動(dòng)形成了濃度差，從而導(dǎo)致了子發(fā)生流動(dòng)形成了濃度差，從而導(dǎo)致了。 當(dāng)可興奮細(xì)胞受到刺激時(shí)，在靜息電位的基礎(chǔ)上會(huì)產(chǎn)生可當(dāng)可興奮細(xì)胞受到刺激時(shí)，在靜息電位的基礎(chǔ)上會(huì)產(chǎn)生可擴(kuò)布電位變化過(guò)程，這一過(guò)程叫做擴(kuò)布電位變化過(guò)程，這一過(guò)程叫做。動(dòng)作電位由峰電位和后電位組成，通常。動(dòng)作電位由峰電位和后電位組成，通常意義上主要指峰電位。意義上主要指峰電位。 通過(guò)對(duì)動(dòng)作電位傳導(dǎo)問(wèn)題的研究，發(fā)現(xiàn)它具有通過(guò)對(duì)動(dòng)作電位傳導(dǎo)問(wèn)題的研究，發(fā)現(xiàn)它具有的性質(zhì)。的性質(zhì)。精選ppt課題背景精選ppt課題背景精選pptHodgkin-Huxley模型的推導(dǎo)細(xì)胞膜上流過(guò)的電流主要取決于離子通道的阻抗以及細(xì)胞膜

3、上的電容，總離子電流主要是由Na+、K+和Cl-組成。mNaKLdVICIIIdt精選pptHodgkin-Huxley模型的推導(dǎo)()()()ionNaNaKKLLIGVEGVEG VE首先看K通道的電導(dǎo)：經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的擬合，它的表達(dá)式中只有一個(gè)激活型參量n。4,max/801 0.1(1)0.1 0.01;0.1251KKnnVnnVGgndnnndtVee精選pptHodgkin-Huxley模型的推導(dǎo)()()()ionNaNaKKLLIGVEGVEG VE再看漏電流：H-H模型中漏電流的作用是在沒(méi)有任何去極化發(fā)生時(shí)維持固定的細(xì)胞膜靜息電位，它的電導(dǎo)中不含激活型參量，表達(dá)式為()LLLIgV

4、E精選pptHodgkin-Huxley模型的推導(dǎo)()()()ionNaNaKKLLIGVEGVEG VE最后，鈉通道電流的電導(dǎo)中含有兩個(gè)參量，即失活變量h和激活變量m，它們通過(guò)兩個(gè)一階微分方程來(lái)控制，即3(1)(1)NaNammhhGgmhdmmmdtdhhhdt/182.5 0.1/203 0.12.50.1;4110.07;1VmmVVhhVVeeee精選pptHodgkin-Huxley模型的推導(dǎo)34()()()(1)(1)(1)mLLNaNaKKinjectmmhhnndVCg VEgm h VEg n VEIdtdmmmdtdhhhdtdnnndt 精選pptRunge-Kutta

5、算法求解（一種高精度常微分方程的數(shù)值解法一種高精度常微分方程的數(shù)值解法）dot=0,120,dtkv1=dt*fv(v,m,h,n,t)km1=dt*fm(v,m)kh1=dt*fh(v,h)kn1=dt*fn(v,n)kv2=dt*fv(v+0.5*kv1,m+0.5*km1,h+0.5*kh1,n+0.5*kn1,t)km2=dt*fm(v+0.5*kv1,m+0.5*km1)kh2=dt*fh(v+0.5*kv1,h+0.5*kh1)kn2=dt*fn(v+0.5*kv1,n+0.5*kn1)kv3=dt*fv(v+0.5*kv2,m+0.5*km2,h+0.5*kh2,n+0.5*kn

6、2,t)km3=dt*fm(v+0.5*kv2,m+0.5*km2)kh3=dt*fh(v+0.5*kv2,h+0.5*kh2)kn3=dt*fn(v+0.5*kv2,n+0.5*kn2)kv4=dt*fv(v+kv3,m+km3,h+kh3,n+kn3,t)km4=dt*fm(v+kv3,m+km3)kh4=dt*fh(v+kv3,h+kh3)kn4=dt*fn(v+kv3,n+kn3)v1=v+(kv1+2*kv2+2*kv3+kv4)/6.0m1=m+(km1+2*km2+2*km3+km4)/6.0h1=h+(kh1+2*kh2+2*kh3+kh4)/6.0n1=n+(kn1+2*kn

7、2+2*kn3+kn4)/6.0v=v1;m=m1;h=h1;n=n1print*,twrite(30,*)t,v,iwrite(20,*)m,h,nenddo精選pptRunge-Kutta算法求解（一種高精度常微分方程的數(shù)值解法一種高精度常微分方程的數(shù)值解法）dot=0,120,dtkv1=dt*fv(v,m,h,n,t)km1=dt*fm(v,m)kh1=dt*fh(v,h)kn1=dt*fn(v,n)kv2=dt*fv(v+0.5*kv1,m+0.5*km1,h+0.5*kh1,n+0.5*kn1,t)km2=dt*fm(v+0.5*kv1,m+0.5*km1)kh2=dt*fh(v+

8、0.5*kv1,h+0.5*kh1)kn2=dt*fn(v+0.5*kv1,n+0.5*kn1)kv3=dt*fv(v+0.5*kv2,m+0.5*km2,h+0.5*kh2,n+0.5*kn2,t)km3=dt*fm(v+0.5*kv2,m+0.5*km2)kh3=dt*fh(v+0.5*kv2,h+0.5*kh2)kn3=dt*fn(v+0.5*kv2,n+0.5*kn2)kv4=dt*fv(v+kv3,m+km3,h+kh3,n+kn3,t)km4=dt*fm(v+kv3,m+km3)kh4=dt*fh(v+kv3,h+kh3)kn4=dt*fn(v+kv3,n+kn3)( , , ,

9、)( ,)( , )( , )minjectdVCfv V m h n tIdtdmfm V mdtdhfh V hdtdnfn V ndt精選pptRunge-Kutta算法求解（一種高精度常微分方程的數(shù)值解法一種高精度常微分方程的數(shù)值解法）大約50ms后就可達(dá)到靜息電位精選ppt刺激電流與動(dòng)作電位刺激電流與動(dòng)作電位 直流信號(hào)與脈沖信號(hào)的刺激作用直流信號(hào)與脈沖信號(hào)的刺激作用 刺激電流強(qiáng)度與神經(jīng)元激發(fā)頻率刺激電流強(qiáng)度與神經(jīng)元激發(fā)頻率精選ppt直流信號(hào)與脈沖信號(hào)的刺激作用首先添加一段穩(wěn)定的直流信號(hào)，I=5A，從50ms開(kāi)始，持續(xù)100ms。此時(shí)得到V與t的關(guān)系曲線如圖：精選ppt直流信號(hào)與脈沖信

10、號(hào)的刺激作用然后用同樣大小的脈沖電流來(lái)反復(fù)刺激該神經(jīng)元，可以發(fā)現(xiàn)在兩次脈沖的間隙，動(dòng)作電位會(huì)降至平息電位。精選ppt直流信號(hào)與脈沖信號(hào)的刺激作用接下來(lái)依次施加不同強(qiáng)度的刺激電流，觀察動(dòng)作電位的響應(yīng)特性。動(dòng)作電位對(duì)于刺激電流存在閾值，大約是6.25AN=6N=7N=8N=9刺激電流越大，動(dòng)作電位的頻率越高。N=0精選ppt刺激電流強(qiáng)度與神經(jīng)元激發(fā)頻率計(jì)數(shù)判別條件p1=vp2=v1if(p160)fre=fre+1精選ppt刺激電流強(qiáng)度與神經(jīng)元激發(fā)頻率 當(dāng)I大于6.25以后，頻率隨著I的增大而增大； 當(dāng)I大于71.60之后，f迅速衰減至10Hz。（神經(jīng)細(xì)胞“麻木”）精選ppt通過(guò)細(xì)胞膜的Na+離子

11、數(shù)目43()()NaNmLLKKinjectagm h VdVCg VEg n VEIEdt NNaaQditN e精選ppt通過(guò)細(xì)胞膜的Na+離子數(shù)目精選ppt通過(guò)細(xì)胞膜的Na+離子數(shù)目注：Na+電流是正值，K+為負(fù)值說(shuō)明：Na+由膜內(nèi)流向膜外，K+由膜外流向膜內(nèi)。精選ppt通過(guò)細(xì)胞膜的Na+離子數(shù)目15.06210.0612191.394 10/1.394606325 108.7044 101.6 10NaNaNaNaQIdtC cmQNe精選ppt通過(guò)細(xì)胞膜的Na+離子數(shù)目15.06210.015.08210.061219811191.382 10/3.313 10/1.38207835

12、1 108.6262 101.6 103.313802305 101.9547 101.6 10KKClClKKClClQI dtC cmQI dtC cmQNeQNe用同樣的方法計(jì)算其他離子的電量和數(shù)目：精選pptATP水解能21( )2( )NaKClNaNaKKLLH tCVHHHH tCVVIEI EI E精選pptATP水解能()()NaKKLLNaKLNaIVEICVIIIIHIVEEIVV精選pptATP水解能精選pptATP水解能本文所計(jì)算的功率只計(jì)及了焦耳熱，所以誤差的產(chǎn)生應(yīng)該源于此處。所以這一過(guò)程與鈉鉀泵沒(méi)有直接關(guān)系。精選pptATP水解能本文所計(jì)算的功率只計(jì)及了焦耳熱，所

13、以誤差的產(chǎn)生應(yīng)該源于此處。所以這一過(guò)程與鈉鉀泵沒(méi)有直接關(guān)系。精選ppt結(jié)論 描述神經(jīng)細(xì)胞受激發(fā)膜內(nèi)外電壓與離子電流 H-H模型還能反映能量、離子流通量等信息 根據(jù)H-H模型，沒(méi)有外加電信號(hào)，神經(jīng)元處于靜息狀態(tài)，當(dāng)電流刺激高于某一閾值時(shí)產(chǎn)生動(dòng)作電位；動(dòng)作電位的頻率隨著刺激電流的增大而增大。 若由實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)求出的參數(shù)與正常不同，則說(shuō)明該細(xì)胞的離子通道發(fā)生病變，此為在醫(yī)學(xué)方面的用途。 關(guān)于ATP水解能的計(jì)算方法有待進(jìn)一步研究精選ppt參考文獻(xiàn) 張瑩, 李智. 基于 HH 模型的心肌細(xì)胞電模型J. 計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程, 2012, 40(4): 1-2. 王江, 張驊, 曾啟明. 肌肉中的 HH 模型鈉離子通道反電勢(shì)的 Hopf 分岔分析J. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào), 2004, 16(10): 2276-2279. Hasegawa H. Comment on Energy and information i